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极紫外光源光刻技术离我们还有多远?

2013-06-11 00:11
小伊琳
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  ——极紫外(EUV)光源可以为晶圆生产提供几十瓦功率是一个重要的里程碑,预计今年稍晚些时候可以开始大批量供货。但对于大规模生产芯片,其性能还存在严峻的挑战。

  回顾半导体光刻历史,248nm的KrF激光器光源代替了汞灯,随后又开发了几何尺寸更小的193nm ArF激光器,到2003年,EUV光源开始占据半导体发展路线图,如今十几年过去了,EUV还没有达到实际生产的要求。但是,极紫外光源将在今后很长一段时间掌控半导体光刻的未来。EUV光源远比我们想象的具有技术挑战性,致使半导体光刻技术路线图一直修改拖延,但值得肯定的是,2011年以来,随着ASML建立完整的EUV光刻系统,加速了EUV发展。

  ASML将在EUV光源方面投资更多,包括收购主要光源供应商Cymer,在SPIE 先进光刻会议2013上,Cymer报道了13.5nm波段EUV光源平均输出功率达到40~55W,并且基于这种技术开发出了新一代光源。但是输出功率还没有达到商业生产芯片的水平。

  光刻技术及其要求

  光刻技术在电子学十几年的进展中至关重要,光源曝光涂在芯片表面的光刻胶,曝光部分被删除,根据定义的特征刻蚀表面,然后再其他层重复此过程建立集成电路。特征尺寸取决于光源波长、聚焦光学元件和光刻胶。

  光刻光源被集成在光刻机或系统中,包括照明图案掩模的光学系统和将反射光照在光刻胶表面的光学元件。如图5所示。系统是非常巨大、复杂、昂贵的,经济学要求光源发射足够多的光曝光达到100晶圆/小时。

  EUV光源

  EUV发射的锡等离子体是由二氧化碳激光器输出脉冲轰击熔融锡滴产生的。Cymer和日本Gigaphoton公司采用的激光器技术,Xtreme技术公司采用激光束直接放电激励。

  Cymer已经生产了10台3100EUV光源样机,Q开关CO2主振荡器/功率放大器(MOPA),三级放大,工作重复频率40~50kHz,每一个脉冲轰击单个锡滴,激光器的平均功率是15kW,去年就实现EUV平均输出11W功率到光刻胶上,每小时曝光7片晶圆。

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